CN109861578A - 一种脉冲电晕放电等离子体电源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种脉冲电晕放电等离子体电源，包括三相工频变压器模块、AC/DC整流器模块、脉冲发生器模块和放电开关模块；三相工频变压器模块与外部三相电源连接，用于提供电能；AC/DC整流器模块位于三相工频变压器模块与脉冲发生器模块之间，用于将三相工频变压器模块输出的交流电转换成直流电，供给脉冲发生器模块；脉冲发生器模块包括串联的第一IGCT电子开关和第二IGCT电子开关，脉冲发生器模块用于产生等离子体电化学反应所需的脉冲电压波形；放电开关模块与脉冲发生器模块连接，用于对脉冲发生器模块内剩余的无功电进行放电；所述等离子体电源实现了脉冲电压上升时间的减小，提高了等离子体电源的流光放电电压，改善了污染物的治理效果。
Description
技术领域
本发明涉及大气污染净化技术领域，更具体地，涉及一种脉冲电晕放电等离子体电源。
背景技术
脉冲电晕放电技术最早应用于燃煤电厂烟气的脱硫脱硝，该技术利用高电压窄脉冲在气体中放电，通过流光的传播的过程产生大量高能电子，这些高能电子可以打开很多背景气体分子的化学键。脉冲电晕放电技术可应用于污水处理厂、石油化工、制药、污水处理、涂料、皮革加工、感光材料、食品加工厂、印染厂、垃圾处理厂、屠宰场、牲畜饲养场、鱼类加工厂、饲料加工厂等诸多场所。
传统的脉冲电晕等离子体电源采用IGBT电子开关并联的方案，而等离子体电源中的直流母线电压较低，脉冲变压器变比较大，这会导致锐化电容器折算到脉冲变压器低压侧的等效电容值很大，脉冲谐振周期较长，脉冲电压上升时间就会较长，等离子体电源的流光放电电压越低，也就导致环境治理效果越差；同时，IGBT电子开关的脉冲电流耐受能力较差，很容易进入退饱和区损坏，制约了脉冲电源的最大负载能力；此外，负载两端的脉冲电压下降沿总是大于上升沿，限制了脉冲宽度控制的下限范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脉冲电晕放电等离子体电源，解决目前的脉冲电晕放电等离子体电源由于采用IGBT电子开关并联的方案，导致脉冲谐振周期长、环境治理效果差的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种脉冲电晕放电等离子体电源，包括三相工频变压器模块、AC/DC整流器模块、脉冲发生器模块和放电开关模块；
所述三相工频变压器模块，与外部三相电源连接，用于提供电能；
所述AC/DC整流器模块，位于所述三相工频变压器模块与脉冲发生器模块之间，用于将所述三相工频变压器模块输出的交流电转换成直流电，供给脉冲发生器模块；
所述脉冲发生器模块，包括串联的第一IGCT电子开关和第二IGCT电子开关，所述脉冲发生器模块用于产生等离子体电化学反应所需的脉冲电压波形；
所述放电开关模块，与所述脉冲发生器模块连接，用于对所述脉冲发生器模块内剩余的无功电进行放电。
优选地，所述放电开关模块包括第一磁压缩开关、第一电阻和第一电容，其中，第一电阻和第一电容并联，并且并联之后和所述第一磁压缩开关串联。
优选地，所述第一IGCT电子开关和第二IGCT电子开关均包含有GCT半导体器件和门极驱动板，所述GCT半导体器件和门极驱动板通过同轴电缆连接。
优选地，所述脉冲发生器模块内包含有脉冲变压器，第一IGCT电子开关和第二IGCT电子开关串联组成第一串联支路，所述脉冲变压器初级绕组的两端分别通过第二电容和第三电容和第一串联支路连接，所述脉冲变压器次级绕组的两端连接并联的第四电容、第五电容和负载Load。
优选地，所述AC/DC整流器模块内包含有AC/DC整流器、第二电阻、第三电阻、第六电容、第七电容、第一续流二极管、第二续流二极管、第一电感和第二电感，第二电阻和第六电容并联组成第一并联支路，第三电阻和第七电容并联组成第二并联支路，第一续流二极管和第一电感并联组成第三并联支路，第二续流二极管和第二电感并联组成第四并联支路，第一并联支路的一端和第二并联支路串接，第一并联支路的另一端连接于AC/DC整流器和第三并联支路之间，第二并联支路的另一端连接于AC/DC整流器和第四并联支路之间。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：
本发明提供的脉冲电晕放电等离子体电源通过采用IGCT电子开关串联方案，降低了脉冲谐振周期，从而减小了磁压缩开关的体积和磁压缩开关的剩余电感量，减小了脉冲电压上升时间，这样提高了等离子体电源的流光放电电压，改善治理效果；同时，本发明的IGCT电子开关将GCT半导体器件和门极驱动板分离式连接，这样更利于IGCT电子开关散热，避免了需要使用单独的油冷机进行冷却。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种脉冲电晕放电等离子体电源的结构示意图；
图2为本发明实施例公开的一种脉冲电晕放电等离子体电源的电路示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例公开了一种脉冲电晕放电等离子体电源，包括依次连接的三相工频变压器模块101、AC/DC整流器模块102、脉冲发生器模块103和放电开关模块104，其中，三相工频变压器模块101与外部三相电源连接，用于提供电能；AC/DC整流器模块102用于将三相工频变压器模块101输出的交流电转换成直流电，供给脉冲发生器模块103；脉冲发生器模块103用于产生等离子体电化学反应所需的脉冲电压波形，放电开关模块104用于对所述脉冲发生器模块103内剩余的无功电进行放电。
如图2所示，本实施例公开了一种脉冲电晕放电等离子体电源的电路，三相工频变压器模块101包含有三相工频变压器TR1，AC/DC整流器模块102内包含有AC/DC整流器、电阻R1、电阻R2、电容Cd1、电容Cd2、电感Ld1、电感Ld2、续流二极管Dr1以及续流二极管Dr2。其中，电阻R1和电容Cd1并联组成第一并联支路，电阻R2和电容Cd2组成第二并联支路，第一并联支路的一端连接第二并联支路，电感Ld1和续流二极管Dr1组成第三并联支路，电感Ld2和续流二极管Dr2组成第四并联支路，第一并联支路的一端连接第二并联支路，另一端连接于第三并联支路和AC/DC整流器之间，第二并联支路的另一端连接于第四并联支路和AC/DC整流器之间，第三并联支路和第四并联支路的另一端均连接脉冲发生器模块103。
脉冲发生器模块103包含有IGCT电子开关S11、IGCT电子开关S21、电容Cm1、电容Cm2、脉冲变压器TR2、电容C1、电容C2、磁压缩开关Lm1、磁压缩开关Lm2和负载Load，放电开关模块104包含有磁压缩开关Lm3、电阻Rp和电容Cp。其中，IGCT电子开关S11和IGCT电子开关S21串联组成第三串联支路，并且第三串联支路的一端连接在第三并联支路和电容Cm1之间，另一端连接在第四并联支路和电容Cm2之间，电容Cm1和电容Cm2分别与脉冲变压器TR2初级绕组的一端连接。脉冲变压器TR2次级绕组的两端连接有并联的电容C1、电容C2、负载Load、电阻Rp和电容Cp，磁压缩开关Lm1、磁压缩开关Lm2和磁压缩开关Lm3串联于脉冲变压器TR2次级绕组一端和电容Cp之间，并且磁压缩开关Lm1连接于电容C1和电容C2之间，磁压缩开关Lm2连接于电容C2和负载Load之间，磁压缩开关Lm3连接于负载Load和电阻Rp之间。
在负载Load两端并联有电容Cp之后，放电电压的脉冲宽度取决于负载Load的电容和电容Cp的串联之后的等效电容，这样使放电谐振周期减小，则负载Load两端电压的下降沿也进一步减小，放电电压的脉冲宽度也减小。另一方面，脉冲电晕放电的临界击穿电压与脉冲宽度密切相关，即脉冲宽度越小，击穿电压越高，击穿电压的提高不仅可以增加放电有功功率，降低等离子体电源的能耗，还可以降低极线安装误差的敏感性，脉冲电晕放电更加稳定，大大降低了工程安装难度。
本实施例将IGCT电子开关S11和IGCT电子开关S21串联起来，而不是采用传统脉冲电晕放电等离子体电源中的并联IGBT电子开关的方案，这样可以升高直流输入母线电压，脉冲变压器的变比减小，电容C1折算到脉冲变压器低压侧的等效电容值减小。脉冲变压器的漏感增加，IGCT电子开关回路内的谐振周期减小，所以磁压缩开关Lm1的体积减小，这样可以在降低生产成本的同时，降低磁压缩开关Lm1饱和之后的剩余电感量，加快脉冲电压上升前沿，随着磁压缩开关Lm1的漏感减小，磁压缩开关Lm2的体积也相应减小，磁压缩开关Lm2的剩余电感量也同步减小，从而实现了负载Load两端电压的上升时间的降低，这样就会使等离子体电源的流光放电电压更高，等离子体电源对污染物的治理效果更好。
本实施例采用的IGCT电子开关的脉冲电流耐受能力比传统等离子体电源采用的IGBT电子开关的更大，这样可以提高IGCT电子开关的负载能力。同时，由于传统IGCT电子开关是将GCT半导体器件和门极驱动板直接焊接，而IGCT电子开关发热量较大，这就需要使用独立的油冷机对IGCT电子开关进行冷却，这样成本明显较高。本实施例通过同轴电缆线将GCT半导体器件和门极驱动板分离式连接，这样可以将GCT半导体器件安装在油箱内部，门极驱动板安装在控制柜内，从而解决了IGCT电子开关的散热问题，同时方便于IGCT电子开关内的GCT半导体器件和脉冲变压器、锐化电容器C1、C2一体化设计，减小了回路电感，加快了脉冲上升沿。
本发明实施例公开的脉冲电晕放电等离子体电源通过采用IGCT电子开关串联方案，降低了脉冲谐振周期，从而减小了磁压缩开关的体积和磁压缩开关的剩余电感量，减小了脉冲电压上升时间，这样能够提高等离子体电源的流光放电电压，改善治理效果；同时，本发明的IGCT电子开关将GCT半导体器件和门极驱动板分离式连接，这样更利于IGCT电子开关散热，避免了需要使用单独的油冷机进行冷却；通过在负载Load两端并联电容Cp，从而减小了放电电压的脉冲宽度，增大了脉冲电晕的放电强度。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种脉冲电晕放电等离子体电源，其特征在于，包括三相工频变压器模块、AC/DC整流器模块、脉冲发生器模块和放电开关模块；
所述三相工频变压器模块，与外部三相电源连接，用于提供电能；
所述AC/DC整流器模块，位于所述三相工频变压器模块与脉冲发生器模块之间，用于将所述三相工频变压器模块输出的交流电转换成直流电，供给脉冲发生器模块；
所述脉冲发生器模块，包括串联的第一IGCT电子开关和第二IGCT电子开关，所述脉冲发生器模块用于产生等离子体电化学反应所需的脉冲电压波形；
所述放电开关模块，与所述脉冲发生器模块连接，用于对所述脉冲发生器模块内剩余的无功电进行放电。
2.如权利要求1所述的一种脉冲电晕放电等离子体电源，其特征在于，所述放电开关模块包括第一磁压缩开关、第一电阻和第一电容，其中，第一电阻和第一电容并联，并且并联之后和所述第一磁压缩开关串联。
3.如权利要求1所述的一种脉冲电晕放电等离子体电源，其特征在于，所述第一IGCT电子开关和第二IGCT电子开关均包含有GCT半导体器件和门极驱动板，所述GCT半导体器件和门极驱动板通过同轴电缆连接。
4.如权利要求1所述的一种脉冲电晕放电等离子体电源，其特征在于，所述脉冲发生器模块内包含有脉冲变压器，第一IGCT电子开关和第二IGCT电子开关串联组成第一串联支路，所述脉冲变压器初级绕组的两端分别通过第二电容和第三电容和第一串联支路连接，所述脉冲变压器次级绕组的两端连接并联的第四电容、第五电容和负载Load。
5.如权利要求1所述的一种脉冲电晕放电等离子体电源，其特征在于，所述AC/DC整流器模块内包含有AC/DC整流器、第二电阻、第三电阻、第六电容、第七电容、第一续流二极管、第二续流二极管、第一电感和第二电感，第二电阻和第六电容并联组成第一并联支路，第三电阻和第七电容并联组成第二并联支路，第一续流二极管和第一电感并联组成第三并联支路，第二续流二极管和第二电感并联组成第四并联支路，第一并联支路的一端和第二并联支路串接，第一并联支路的另一端连接于AC/DC整流器和第三并联支路之间，第二并联支路的另一端连接于AC/DC整流器和第四并联支路之间。
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